Durchflussmessungen in Biomasseanwendungen mit hohen Anteilen an Trockensubstrat, Fetten oder Grünschnitt, ermöglicht ein magnetisch-induktives Messgerät mit Wechselfeld.

Die Kläranlage Innsbruck der Innsbrucker Kommunalbetriebe (IKB) gehört zu den modernsten Europas. Pro Tag können in der Anlage bis zu  165.000 m³ Abwässer aus Innsbruck und den 14 umliegenden Gemeinden in einem mehrstufigen Verfahren umfassend mechanisch und biologisch gereinigt werden, bis sie in entsprechend guter Qualität über den Inn wieder in den natürlichen Wasserkreislauf eintreten.
Hinzugekommen ist die Aufbereitung von 8.000 t Bioabfall, der auf dem Gelände der Kläranlage angeliefert und verarbeitet wird. In der Kläranlage wird aus dem Bioabfall und dem Klärschlamm Biogas erzeugt und mit Blick auf eine ganzheitliche Nutzung aller Energiequellen einem Blockheizkraftwerk zur Strom­erzeugung zugeführt. So werden täglich rd. 21 MWh Strom erzeugt, die den Bedarf von 1.600 Vierpersonenhaushalten decken. Auch die im Blockheizkraftwerk entstandene Wärme wird für weitere Prozesse innerhalb der Kläranlage genutzt.
Doch der eigentliche Prozess aus Bioabfall Energie zu gewinnen, beginnt schon viel früher: Im Abfall enthaltene Störstoffe wie Plastik, Steine und Metall machen es notwendig den Bioabfall, bevor er dem Gärprozess zugeführt wird, umfassend zu filtern. Dazu werden die Abfälle aus der Biotonne zermahlen und zusammen mit Brauchwasser und den angelieferten Fetten zu einer zähen Flüssigkeit vermengt und in Bunkern zwischengelagert, bevor die dann noch enthaltenen Störstoffe in einem Hydrozyklon abgeschieden werden.
Der nun aufbereitete und gereinigte Bioabfall wird als Biomasse dem in der Kläranlage entstandenen Klärschlamm zugefügt und zusammen in zwei Faultürmen vergoren.

Störstoffe und Signalausfälle vermeiden
Innerhalb dieser Prozessschritte müssen immer wieder Durchflussmengen der Biomasse erfasst werden, wofür häufig magnetisch-induktive Durchflussmesser (MIDs) eingesetzt werden – unter anderem, weil sie aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Biomasse bestens geeignet und darüber hinaus sehr preiswert sind. Bei diesem Messverfahren durchfließt die Biomasse ein elektrisches Magnetfeld. Je höher die Fließgeschwindigkeit der Biomasse, desto größer ist die induzierte Spannung, die an zwei Elektroden gemessen wird und so Aufschluss über die Durchflussgeschwindigkeit gibt. Unter Einbeziehung des Rohrdurchmessers lässt sich die Durchflussmenge präzise bestimmen.
Die Standardgeräte arbeiten dabei mit einem getakteten Gleichfeld, das für die meisten Anwendungen und Medien mit einer gewissen Mindestleitfähigkeit auch gut funktioniert. Selbst in wässrigen Lösungen ist das an den Elektroden des Messaufnehmers gemessene Signal sehr gut auswertbar. Biomasse hat da allerdings oftmals ihre Tücken!
Bei Standardgeräten mit getaktetem Gleichfeld können zum einen hohe Fettanteile eine isolierende Wirkung auf die Elektroden haben und die induzierte Spannung an den Elektroden des Messaufnehmers soweit verringern, dass kein ausreichendes Signal mehr gemessen werden kann. Des Weiteren können größere Grünschnittreste über die Elektroden schleifen und komplette Signalausfälle verursachen – Prozesszustände, die gar nicht erst entstehen sollten.

Intelligentes Messprinzip für zuverlässige Messergebnisse
Da ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (MID) mit getaktetem Gleichfeld in solchen Anwendungen schnell an seine Grenzen kommt, bietet sich der Einsatz eines MIDs wie zum Beispiel dem Transmag 2 mit getaktetem Wechselfeld an. Warum das so ist, wird im direkten Vergleich deutlich.
Ein MID mit Wechselfeld arbeitet gegenüber einem MID mit getaktetem Gleichfeld mit einem zehn Mal stärkeren Magnetfeld. Dadurch kann der Durchflussmesser Transmag 2 auch bei Schwebstoffen im Medium oder Magnetfeldschwankungen eine konstant hohe Messgenauigkeit, Nullpunktstabilität und Signalstärke garantieren. Somit vereint der Transmag 2 die Vorteile von MIDs mit Wechselfeld (hohe Signalstärke) mit den Vorteilen von MIDs mit Gleichfeld (stabiler Nullpunkt). Während Magnetfeld-, Spannungs- und Temperaturschwankungen bei Messungen mit ungetaktetem Wechselfeld immer Einfluss auf das Messergebnis nehmen, blendet der auf der „Pulsed Alternating Current“ Technologie (kurz PAC) beruhende Transmag 2 diese Störgrößen dank einer Referenzspule gänzlich aus. Auf diese Weise erhält man selbst bei kleinsten Leitfähigkeiten von bis zu 0,1 µs/cm ein zuverlässiges Messergebnis. Die Kläranlage Innsbruck setzt daher gleich in mehreren Teilprozessen auf die PAC-Technologie des Durchflussmessgerätes Transmag 2 und profitiert von weiteren Parametriermöglichkeiten. Per Knopfdruck lassen sich applikationsbedingte Störungen beseitigen. Dafür sorgt der im Gerät parametrierbare Schlamm-Modus, über den ein Toleranzband eingestellt werden kann, um die Messwertstabilität zu erhöhen.
Liegt ein Messwert außerhalb des eingestellten Toleranzbandes, wird dieser innerhalb der definierten Austastzeit mit dem Vorgängerwert verglichen und daraus ein Mittelwert gebildet. Mit dieser Methode liefert das Gerät immer zuverlässige Messwerte, auch wenn es kurzzeitig zu Störungen kommen sollte. Diese Störsignalausblendung bleibt so lange aktiv bis keine Abweichungen zum Toleranzband mehr festgestellt werden können. Dann schaltet das Gerät wieder in den normalen Betrieb um. ­Besonders eignet sich dieser Modus bei Medien mit Lufteinschlüssen oder mit hohem Feststoffanteil, wie zum Beispiel Biomasse.
Auch die Qualität des Durchflussmessgerätes weist eine Besonderheit auf: Auskleidungsmaterialien, die speziell für abrasive Medien ausgelegt sind sowie eine Auswahl geeigneter Elektrodenmaterialien sorgen dafür, dass Abnutzungen auf ein Minimum reduziert werden. Das Durchflussmessgerät Transmag 2 in der Kläranlage ist mit Novolak ausgekleidet, einem äußerst robusten Werkstoff mit einer glatten, harten Oberfläche. So kann die Biomasse ohne nennenswerte Reibung den Messaufnehmer durchströmen und das Gerät ist gleichzeitig gegen Abrieb und Korrosion geschützt. Sogar hohen Drücken und Temperaturen oder unter Vakuumbedingungen kann Novolak standhalten.

Energieeffizienz durch die richtige Messtechnik
Der Einsatz der geeigneten Messtechnik wirkt sich auch auf nachgelagerte Prozessschritte in der Anlage positiv aus. So wird die Leistung der nachgeschalteten Pumpen und Motoren auf Basis der Messwerte aus der Durchflussmessung geregelt. Gerade beim Anfahren der Anlage, wenn die Durchflussmessgeräte im Fall der Kläranlage Innsbruck mit bis zu 15 % Feststoffanteil im Medium umgehen müssen, sind präzise Messungen essentiell, um die Ansteuerung nachfolgender Aktoren effizient regeln zu können. Ziel ist es, durch einen möglichst hohen Abscheidungsgrad des nicht organischen Materials die Leistung des Hydrozyklons zu erhöhen. Denn je geringer die Dichtedifferenz zwischen Flüssigkeit und Feststoff, desto effizienter arbeitet der Hydrozyklon.

Die Anlage ist Teil smarter kommunaler Energienutzung
Die Weiterentwicklung der Kläranlage zu einem Fernheizkraftwerk für umliegende Betriebe der IKB und die Anbindung an das Innsbrucker Fernwärmenetz brachten den Innsbrucker Kommunalbetrieben bereits den renommierten Energiepreis Epcon ein. Der optimale und effiziente Betrieb der Anlage kommt dabei nicht von ungefähr und fußt unter anderem auf einer gut funktionierenden Messtechnik.
Das Durchflussmessgerät Transmag 2 leistet dazu einen zuverlässigen Beitrag und ist auch für die gesteigerten Anforderungen im Falle eines Anlagenausbaus bestens gerüstet. Hohe Verunreinigungswerte durch Störstoffe können seine Messleistung dank des intelligenten Messverfahrens nicht beeinflussen.

Fazit
Bei Durchflussmessungen in Biomasseanwendungen mit hohen Anteilen an Trockensubstrat, Fetten oder Grünschnitt, ist ein MID mit Wechselfeld das Gerät der Wahl, umzuverlässig aussagekräftige Messwerte zu erhalten.